Le « Watch-ima-collet » : l’histoire haletante de la pince de serrage

Team MetMo
2024-12-05T10:30:07+00:00

Des délicats établis d'horloger du XVIIIe siècle aux bruyants ateliers industriels, la pince de serrage montre comment les micro-innovations peuvent entraîner de méga-transformations. Petite douille, impact énorme – serrez bien, les amis !

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Dans la paisible vallée du Val-de-Travers, nichée dans les montagnes du Jura, se trouvait la petite ville de Fleurier. Malgré sa petite taille, le Fleurier des années 1700 était un véritable centre d'activité. Les ateliers étaient remplis d'artisans qualifiés, des artisans qui travaillaient (littéralement) toute la journée à construire des garde-temps complexes. Ces horlogers, connus pour leur habileté et leur souci du détail, ont involontairement lancé un processus de développement d'outils qui allait changer l'usinage à jamais.

C'est en effet ici, dans la belle ville de Fleurier, que l'histoire de la pince de serrage semble commencer.

Qu'est-ce que c'est et que « serrez-vous » ?

Euh… et bien… c'est une pince de serrage… et elle maintient, en substance, quelque chose (généralement rond) d'une manière très précise et répétable. Pour les novices en atelier d'usinage, les pinces sont, à juste titre, un sujet déroutant. Il y a tellement de formes, de types et de tailles à choisir.

Les pinces se répartissent généralement en deux grandes catégories : les pinces à simple coupe et les pinces à double coupe. Parmi les plus évidentes que vous rencontrerez, citons les pinces ER (double coupe), 5C (simple coupe) et R8 (simple coupe).

Et parce que l'ingénierie est dans nos gènes, examinons (très rapidement) leur fonctionnement.

Tout est dans la charnière

Une pince à simple coupe fléchit à la base de la coupe et ne serre qu'au sommet. Une pince à double coupe, cependant, serre sur toute sa longueur, ce qui double la charnière et la ferme de manière plus « parallèle ». Blondihacks l'explique très bien ci-dessous.

Évidemment, plus la pince est en contact avec la pièce à usiner/l'outil, meilleure est la stabilité - et plus l'usure de l'outil est favorable (grâce à une réduction du faux-rond).

Mais les pinces n'ont pas toujours ressemblé (ou fonctionné) de cette façon. En fait, lorsqu'elles ont été utilisées pour la première fois, elles étaient très différentes…

Variations de pinces ER

Retour en arrière

Les origines de la pince de serrage semblent remonter à l'horlogerie entre la fin du XVIIIe et le début du XIXe siècle. C'était une époque où les machines industrielles et l'ingénierie de précision gagnaient en importance non seulement pour l'économie... mais aussi pour nos poignets/poches.

Les premières formes de pinces de serrage étaient censées être de simples manchons coniques (par opposition aux pinces coupées/articulées) conçues pour maintenir en place de minuscules pièces cylindriques, c'est-à-dire les mécanismes d'une montre.

Mais pour mieux comprendre les développements futurs des pinces, nous devons d'abord examiner les machines sur lesquelles elles étaient utilisées : le tour. Il est donc temps de retourner dans le village animé de Fleurier et de découvrir le chemin qui mène aux pinces que nous connaissons et utilisons aujourd'hui.

Jamais en retard, toujours à l'heure : les premiers développements du tour

Indépendamment des tours industriels plus grands, il existait deux types de tours anciens axés sur le travail de précision : le « Swiss Universal » et le « English Mandrel ». Ils ont évolué pour le bénéfice des horlogers. En fait, c'est l'horloger G. Ve Vauscher qui a apparemment inventé le Swiss Universal dans les années 1700. Où ? Vous l'avez deviné. Fleurier.

Selon Lathes UK (qui possède un site web rempli d'informations sur les tours), le tour suisse était fabriqué à partir d'une seule pièce d'alliage de bronze. Et ses objectifs de développement étaient doubles : rendre la machine aussi compacte que possible et supprimer les entraves d'un contre-arbre complexe à entraînement par corde. Le résultat ? Une manivelle actionnée à la main avec un rapport de démultiplication, des engrenages à spirale et un chariot coulissant pour une facilité d'utilisation.

Bien qu'utile à l'époque, le Swiss Universal était encore lent et incapable de maintenir de petites pièces à leur diamètre extérieur. Un problème qui, avec le temps, serait résolu par un important Charles S. Moseley.

Il est temps de présenter la pince

Bien sûr, l'horlogerie n'était pas seulement présente à Fleurier. En fait, à travers le reste de l'Europe, l'océan Atlantique et jusqu'aux États-Unis, Charles S. Moseley a inventé un tour au milieu des années 1800 (vers 1858) qui finirait par rendre celui de Vauscher obsolète.

« Pourquoi ? », demandez-vous. Eh bien, celui de Moseley était capable de contenir des pinces – ou des mandrins fendus comme on les appelait alors – ce qui signifiait que les horlogers disposaient désormais d'un tour capable de maintenir une pièce par son diamètre extérieur. (Houston, nous avons le décollage !)

La réputation de Moseley était immense. Il n'utilisait que les meilleurs matériaux et artisans pour construire et assembler ses tours. Comme le décrit un catalogue qui vendait ses tours…

« Le mandrin de la broche qui reçoit les pinces, le palier flottant qui est monté sur la broche, et les bagues avant et arrière dans lesquelles ils tournent sont tous fabriqués à partir de la meilleure qualité d'acier à outils au carbone de haute qualité, soigneusement trempé à un degré élevé de dureté et rectifié aux dimensions et à l'alignement standard par des machines de rectification spéciales, utilisant des meules abrasives spéciales en carborundum et en alundum. »

Mais maintenant, nous avons quelques rebondissements... et la chronologie du développement des pinces commence à devenir un peu floue…

Confusion autour des pinces

En 1862, 4 à 5 ans après la mise sur le marché du tour de Moseley, John Stark Sr a amélioré la conception du tour de Moseley et a facilité le travail de précision miniature en introduisant une poupée à grande vitesse. Cela semble assez clair, non ?

Eh bien, il a également prétendu avoir inventé la pince de serrage fendue (ou « mandrin ») elle-même. Oui, 4-5 ans après que les tours de Moseley aient déjà accepté des pinces. Hmmm…

En fait, plusieurs sources désignent Moseley comme l'inventeur du « mandrin à fil » – un outil spécialisé parfait pour maintenir de petites pièces délicates (c'est-à-dire des fils fins pour l'intérieur des montres) sans les endommager. Mais on ne sait pas quand cela a été inventé ni s'il s'agissait d'un mandrin différent de celui de son tour d'origine.

En aparté : le « mandrin à fil » de Moseley aurait également eu une capacité de passage maximale de 0,204 » (5 mm).

Néanmoins, John Stark Sr a joué un rôle important dans l'horlogerie. Sa société, Stark, fabriquait une gamme de machines et d'outils spécialisés pour l'horlogerie et la fabrication d'horloges. Après son tour de 1862, il a ensuite introduit le « tour d'établi de précision » qui a rendu encore plus facile le travail de précision à petite échelle.

Lathes UK affirme que le tour de précision de Stark est apparu bien avant les autres (du moins en ce qui concerne l'utilisation des matériaux et des techniques par rapport aux autres tours de l'époque). En fait, il permettait de monter des mandrins filetés, des plateaux et d'autres accessoires, ce qui permettait aux horlogers de produire un travail de qualité comme jamais auparavant. Il n'est pas surprenant qu'il ait été populaire.

Il semble donc que Moseley et Stark aient tous deux fabriqué des mandrins. Et nous ne pouvons pas dire clairement qui est venu en premier. Donc, même s'ils faisaient tous deux un travail similaire, supposons simplement qu'ils l'ont fait différemment.

Que s'est-il passé ensuite ?

Eh bien, jusqu'à présent, nous étions plongés dans le domaine de l'horlogerie. Et comme nous le savons, les pinces ne sont pas seulement utilisées en horlogerie aujourd'hui.

Le développement de Webster-Whitcomb (ou 'WW' comme ils étaient largement connus) en 1888/89 semble être la dernière étape de la pince avant d'entrer dans le monde de l'usinage intensif.

Et contrairement aux autres tours d'horlogerie de l'époque, ce tour avait été "sur-alimenté" pendant des années.

Leur tour d'horlogerie 'Webster-Whitcomb de 50 mm de hauteur de centre' était construit pour durer. Sa broche et ses roulements étaient fabriqués à partir des meilleures qualités d'acier trempé, rectifié et rodé afin qu'ils puissent fonctionner à grande vitesse, semble-t-il, indéfiniment. En ce qui concerne les tours d'horlogerie, c'était le top.

Mais plus important encore, ce tour a introduit une autre forme de pince sur le marché : la pince à tirant.

Retirer, viser, tirer

À mesure que nous entrons dans le XXe siècle, les techniques d'« intérieur de montre » connaissent une explosion dans des applications industrielles plus vastes. Hardinge Brothers, ou Hardinge comme ils sont connus aujourd'hui, ont joué un rôle particulièrement important.

Fondée à Chicago par les frères canadiens Henry et Franklin Hardinge, Hardinge Brothers fabriquait des machines-outils de super précision à usage industriel. Certaines informations en ligne suggèrent que Hardinge a inventé la pince 5C en 1901. Et comme, vers 1918, les catalogues Hardinge présentaient des « mandrins à tirant » (pinces avec des filetages mâles qui tiraient la pince dans une conicité), cela semble plausible.

Et comme ils ont été rachetés par une entreprise de fabrication de pinces vers 1930, c'est peut-être à ce moment-là que la pince à tirant est devenue la célèbre pince 5C.

Brevets. Des brevets partout !

Après les développements de pinces par Hardinge, la chronologie commence à s'accélérer très rapidement.

Un certain nombre de brevets ont été documentés au cours des 70 années suivantes. Par exemple, en 1929, la société Van Norman Machine Tool Co. a breveté ce processus de fabrication d'une pince.

Brevet de pince US1735804 | Source: Google Patents

En 1932, Luers John Milton a déposé un brevet pour une pince d'alimentation permettant au matériau de passer à travers la pince tout en restant centré.

Brevet de pince d'alimentation US1842036 | Source : Google Patents

1944 a vu le brevet de mandrin à pince d'Allison Chuck Products, Inc., qui permettait d'engager ou de désengager le mandrin à pince sans arrêter la broche.

Brevet de mandrin à pince US2345069 | Source : Google Patents

Et il y en a eu beaucoup, beaucoup d'autres. Il est probable que la pince E a été introduite entre cette période et les années 1970. Où, par qui ou comment, cela n'est pas clair. Mais nous savons que la fameuse pince ER est issue du développement de la pince E déjà existante. Examinons cela maintenant.

La pince ER

Presque comme un destin, nous revenons en Suisse. Car c'est là que le prochain grand développement de pince a eu lieu. La pince ER. S'appuyant sur la pince E moins documentée, la pince ER, comme beaucoup d'avancées techniques, est apparue comme une solution à un problème.

Le problème : si vous forcez une pince suffisamment fort dans le porte-outil, elle reste bloquée. Alors, pour la retirer, vous utilisez l'outil préféré de tous les ingénieurs... un marteau. Et vous la frappez. Fort. Et même si c'est excellent pour soulager le stress, ce n'est pas si bon pour la pince. C'est pourquoi (malgré l'utilisation d'une tige en laiton ou d'un morceau de bois) beaucoup ont été et sont encore endommagées.

Ce problème a été soumis à Fritz Weber et à son équipe chez Rego-Fix, et en 1972 est apparue la pince ER. (Il semble que cela ait pu être la première pince à double coupe également.)

Outre les avantages de la double coupe par rapport à la simple coupe, la pince ER a ajouté une rainure d'extraction à l'extérieur, puis un écrou spécial avec une lèvre à l'intérieur, ce qui a facilité le retrait de la pince. Fritz Weber et son équipe ont repris le E de la pince E existante, ont introduit les caractéristiques spéciales de retrait et ont ajouté le « R ». En fait, le « R » venait de Rego-Fix, et non de « retrait »…

Il est temps de s'arrêter pour aujourd'hui ?

Jamais ! Depuis l'introduction de la pince ER, des développements plus spécifiques ont fait leur apparition sur le marché. Bien que le principe soit le même pour tous, il existe désormais des pinces mieux adaptées à des applications plus spécifiques ou pour « optimiser » davantage les processus de fabrication.

Royal Products a introduit un système de « changement rapide » pour accélérer le remplacement des pinces.

Certaines entreprises proposent désormais des pinces scellées pour les protéger contre les contaminants et les débris. Et il existe des pinces de précision encore plus élevées pour les applications aérospatiales et pharmaceutiques, qui permettent une meilleure concentricité et moins de faux-rond.

Même des pinces hydrauliques, appelées « pinces de puissance », utilisent l'hydraulique pour maintenir le matériau stable sous des forces particulièrement élevées.

Ainsi, alors que nous avons commencé dans la belle et animée ville de Fleurier avec le tour suisse universel, nous avons maintenant une infinité de types, de formes et de tailles de pinces qui permettent une gamme complète de tâches d'usinage dans une gamme complète d'environnements d'usinage partout dans le monde.

Pour nous, il est temps de mettre un terme à la journée. Mais non sans remercier tout particulièrement Tony de Lathes UK, dont le site Web a permis de combler de nombreuses lacunes de cet article. Son site regorge d'informations détaillées sur tout ce qui concerne les tours. Voici un lien vers son site si vous souhaitez en savoir plus.

J'ai fait de mon mieux pour être aussi complet que possible, mais si vous repérez une erreur, veuillez me le faire savoir. À la prochaine !